固氮植物因其具有固定大氣氮的能力，在全球造林和農(nóng)業(yè)種植中被廣泛應(yīng)用。這一固氮能力使得固氮植物在提高土壤氮濃度、緩解生態(tài)系統(tǒng)氮限制、增加植被生產(chǎn)力等方面發(fā)揮著重要作用。然而，種植固氮植物對土壤有機碳儲量的影響仍存在很大的不確定性。鑒于土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)的最大碳庫，研究固氮植物種植對全球土壤有機碳儲量的影響對于減緩氣候變化至關(guān)重要。

基于此，本研究通過整合了全球136項研究中的385個配對觀察值（圖1），系統(tǒng)比較了在固氮植物與非固氮植物種植條件下土壤有機碳儲量的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與非固氮植物相比，種植固氮植物使土壤有機碳儲量增加了16%（圖2a）。土壤有機碳的增加與土壤氮儲量的增加密切相關(guān)(圖2b-c)：平均每增加1克土壤氮伴隨著7.8克土壤有機碳的累積（圖2d）。氣候能夠調(diào)節(jié)固氮植物種植對土壤有機碳儲量的效應(yīng)。在較干旱和較溫暖的區(qū)域（圖3：MAT為正相關(guān)、MAP為負(fù)相關(guān)），特別是熱帶區(qū)域（圖5d-e），種植固氮植物對土壤有機碳儲量的促進(jìn)作用更顯著。此外，種植策略也會影響固氮植物對土壤有機碳儲量的效應(yīng)（圖4）。相比于種植固氮作物，種植固氮樹對土壤有機碳的促進(jìn)作用更明顯。長期種植固氮植物對土壤有機碳儲量的提升效果優(yōu)于短期種植。最后基于全球預(yù)測，本研究估算通過在植樹造林實踐、農(nóng)業(yè)種植及邊際土壤的恢復(fù)中種植固氮植物，可使全球土壤有機碳儲量每年額外增加0.29-0.75 Pg C（圖5）。

綜上，該研究從提高土壤有機碳儲量的角度回答了四個問題：固氮植物是否可以種？在哪里種？該怎么種？種植潛力如何？本研究的結(jié)果強調(diào)可將固氮植物種植作為基于自然的氣候緩解的重要策略。

研究結(jié)果于2025年9月19日以“Meta-analysis shows that planting nitrogen-fixing species increases soil organic carbon stock”為題在線發(fā)表在生態(tài)學(xué)權(quán)威期刊Nature Ecology & Evolution上。中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所陳驥研究員和中山大學(xué)生態(tài)學(xué)院陳浩副教授為共同通訊作者。孫錫斌博士為論文的第一作者。該研究受到了廣東省面上項目、深圳市面上項目、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。

https://www.nature.com/articles/s41559-025-02861-x

圖1?本整合分析中所納入研究的全球分布

圖2?種植固氮植物對土壤有機碳（SOC）儲量的影響及其關(guān)鍵驅(qū)動因子

圖3?混合效應(yīng)Meta回歸結(jié)果：氣候、土壤性質(zhì)和種植策略對固氮植物種植下土壤有機碳變化的影響（Estimate正/負(fù)分別表示正/負(fù)相關(guān)）

圖4?種植策略調(diào)節(jié)固氮植物對土壤有機碳儲量的效應(yīng)

圖5?種植固氮植物對土壤有機碳儲量效應(yīng)的全球預(yù)測